DE2734633A1 - ANCHOR DEVICE - Google Patents
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Description
Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. KinneDipl.-Chem. Bühling Dipl.-Ing. Chins
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IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London, GroßbritannienIMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London, United Kingdom
AnkervorrichtungAnchor device
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ankervorrichtung zum Einbetten in ein Bohrloch in hartem Material, wobei die Ankervorrichtung für eine Verstärkung sorgen oder eine Verankerung bilden soll. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verstärken harten Materials, ein Verfahren zur Ausbildung einer Verankerung in hartem Material und auf hartes Material, in dem in ein Bohrloch im harten Material eine Ankervorrichtung eingebettet ist.The invention relates to an anchor device for embedding in a borehole in hard material, the Anchoring device to provide reinforcement or to form an anchoring. The invention also relates to a method of reinforcing hard material, a method of forming an anchorage in hard Material and hard material in which an anchor device is embedded in a borehole in the hard material.
Das Einbetten von Ankern, beispielsweise Verstärkungsankern oder Ankerbolzen, in hartes Material, beispielsweise in hartes Gestein, ist bekannt und beispielsweise in der GB-PS 953 056 und der GB-PS 1 408 366 beschrieben. Im Allgemeinen besteht das Verfahren beim Einbetten eines Ankers darin, daß in das Material ein Bohrloch gebohrt wird, das bezüglich des Ankers Übermaß hat, und daß der Anker und eine diesen umgebende Lage aus einer aushärtbaren Füll- und Bindematerialmischung in das Bohrloch eingebracht werden, so daß beim Aushärten der Füll- und Bindematerialmischung der Anker mit der Wand des Bohrlochs verbunden wird. Der Anker kann innerhalb des Bohrlochs enden, oder er kann aus der Öffnung des Bohrlochs hinausragen und mit Befestigungsmitteln zum Anbringen anderer Elemente oder zum Andrücken einer Druckplatte gegen das Material an der Öffnung des Bohrlochs versehen sein. Der Anker weist an seinem Einführende vorzugsweise einen aufgeweiteten konischen Abschnitt auf, der als Keil auf das Füll- und Bindematerial wirkt, wenn der Anker auf Zug beansprucht wird, wodurch die Haltekraft der Einbettung erhöht wird.The embedding of anchors, such as reinforcement anchors or anchor bolts, in hard material, for example in hard rock is known and is described, for example, in GB-PS 953 056 and GB-PS 1 408 366. in the Generally, the method of embedding an anchor is to drill a borehole in the material is that has excess with respect to the anchor, and that the anchor and a surrounding layer of a curable Filling and binding material mixture are introduced into the borehole, so that when the filling and binding material mixture hardens the anchor is connected to the wall of the borehole. The anchor can be inside the borehole end, or it can protrude from the opening of the borehole and with fasteners for attaching others Elements or be provided for pressing a pressure plate against the material at the opening of the borehole. Of the The anchor preferably has a widened conical section at its insertion end, which acts as a wedge on the Filling and binding material works when the anchor is subjected to tensile stress, thereby increasing the holding force of the embedding is increased.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte,The invention is based on the object of an improved,
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ein aufgeweitetes Ende aufweisende Ankervorrichtung zum Einbetten in einem Bohrloch zu schaffen, die schnell und einfach aus gewöhnlichem Ankermaterial hergestellt werden kann.to provide a flared end anchor device for embedding in a borehole that is quick and can easily be made from ordinary anchor material.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Verstärken harten Materials und ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung einer Verankerung in hartem Material zu schaffen.A further object of the invention is to provide an improved method for reinforcing hard material and to provide an improved method of forming an anchor in hard material.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Ankervorrichtung zum Einbetten in ein Bohrloch erfindungsgemäß gelöst durch einen Anker mit einem Keilelement, das in einer am Einführende des Ankers ausgebildeten öffnung sitzt, so daß ein Abschnitt am Ende des Ankers radial verdickt und nach außen aufgeweitet ist.The task is related to the anchor device for Embedding in a borehole solved according to the invention by an anchor with a wedge element, which is in one at the insertion end of the armature formed opening is seated, so that a section at the end of the armature thickens radially and after is widened on the outside.
Wenn der Anker mit Hilfe einer ausgehärteten Füll- und Bindematerxalmischung im Bohrloch eingebettet ist und dann unter Zugbeanspruchung gesetzt wird, und zwar entweder durch eine am Ankerende an der öffnung des Bohrlochs aufgebrachte Last oder durch Verformungen und Bewegungen des angrenzenden Gesteins, wird das Füll- und Bindematerial im Bereich des aufgeweiteten Endabschnitts des Ankers zusammengdrückt, so daß dadurch dessen Haltekraft erhöht wird.When the anchor is embedded in the borehole with the aid of a hardened filling and binding material mixture and is then placed under tensile stress, either by one at the anchor end at the opening of the borehole applied load or through deformations and movements of the adjacent rock, becomes the filling and binding material compressed in the area of the widened end portion of the armature, so that its holding force is increased.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Anker in zumindest einer Ebene vom Einführende aus aufgespalten ist und daß das Keilelement in den Spalt eingesetzt ist und die Segmente des Endabschnitts gespreizt hält. Zweckmäßigerweise ist der Endabschnitt entlang einer Längsmittelebene ge-It is preferably provided that the anchor is split open in at least one plane from the insertion end and that the wedge element is inserted into the gap and keeps the segments of the end portion spread. Appropriately the end section is along a median longitudinal plane
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spalten und sitzt das Keilelement im Spalt, so daß es die Segmente auseinanderhält. Vorzugsweise sitzt das Keilelement im Spalt so, daß es an Stellen an den Endsegmenten angreift, die Abstand vom Ende des Ankers haben, so daß ein Oberflächenabschnitt zumindest eines Endsegmentes zwischen der Angriffsstelle und dem freien Ende des Ankers unbehindert nach innen gebogen werden kann, wenn auf den Anker von außen Druck ausgeübt wird. Diese Anordnung des Keilelementes führt zu einem äußerst wichtigen praktischen Vorteil, wenn der Anker in Gestein eingebettet ist, das nach dem Aushärten des Füll- und Bindematerials plastischen Verformungen unterliegt. Wenn bei einem herkömmlichen Anker, der an seinem Einführende aufgeweitet ist, die Zugbeanspruchung allmählich zunimmt, bricht der Anker schließlich. Beim erfindungsgemäßen Anker mit zumindest einem flexiblen Endsegment dagegen wird die Zugkraft im Anker bei einem bestimmten Grenzwert teilweise abgebaut, ohne daß der Anker bricht und während er weiterhin vom Füll- und Bindematerial eingebettet gehalten wird. Die erfindungsgemäße Ankervorrichtung kann mehrere aufeinanderfolgende Zyklen der Lastzunahme und des teilweisen Lastabbaus aushalten, so daß die Verstärkungswirkung des Ankers auch bei erheblicher Bewegung der umgebenden Gesteinsschichten bestehen bleibt.split and the wedge element sits in the gap so that it holds the segments apart. The wedge element is preferably seated in the gap so that it engages at points on the end segments that are spaced from the end of the anchor, so that a surface portion of at least one end segment between the point of attack and the free end of the anchor can be bent inwards unhindered when pressure is exerted on the armature from the outside. This arrangement of the Wedge element leads to an extremely important practical advantage when the anchor is embedded in rock, the is subject to plastic deformations after the filling and binding material has cured. If with a conventional Anchor that is widened at its insertion end and the tensile stress gradually increases, the anchor breaks in the end. When the anchor according to the invention with at least one flexible end segment, however, the tensile force in the Anchor partially degraded at a certain limit without breaking the anchor and while it continues to move Filling and binding material is kept embedded. The anchor device according to the invention can have several consecutive Withstand cycles of load increase and partial load decrease so that the reinforcing effect of the Anchor remains in place even with significant movement of the surrounding rock layers.
Zweckmäßigerweise ist das Keilelement als im wesentlichen flache, steife Platte ausgebildet, deren zwei Hauptflächen parallel zueinander verlaufen oder in Richtung des Einsetzens in das Ankerende konvergieren. Vorzugsweise ist die vordere Kante des Keilelementes als Schneide ausgebildet, wodurch das Einsetzen des Keilelementes in das Ankerende erleichtert wird. Wenn die Anker aus HolzThe wedge element is expediently designed as an essentially flat, rigid plate, the two main surfaces of which run parallel to each other or converge in the direction of insertion into the anchor end. Preferably the front edge of the wedge element is designed as a cutting edge, whereby the insertion of the wedge element in the anchor end is lightened. If the anchors are made of wood
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oder Kunststoffmaterial bestehen, kann vorzugsweise ein mit einer Schneide versehenes Keilelement aus Metall, beispielsweise aus Stahl, einfach in das Ende eines Stücks Ankermaterial eingetrieben werden, so daß dieses Ende gespalten und aufgeweitet wird und das Keilelement dadurch bereits im Ankerende angeordnet ist. Das Spalten und Aufweiten des Ankerendes und das Einsetzen des Keilelementes erfolgt dabei in einem einzigen schnellen Vorgang. or plastic material, can preferably be a with a cutting edge wedge element made of metal, for example steel, simply into the end of a Pieces of anchor material are driven in, so that this end is split and widened and the wedge element is thereby already arranged in the anchor end. The splitting and widening of the anchor end and the insertion of the wedge element takes place in a single quick process.
Das Keilelement ragt vorzugsweise über die seitliche Oberfläche des Ankers hinaus, so daß zumindest ein vorstehender Abschnitt des Keilelementes das Mischen der Füll- und Bindematerialmischung unterstützt, wenn die Ankervorrichtung im Bohrloch gedreht wird. Vorzugsweise ist der zumindest eine seitlich vorstehende Abschnitt des Keilelementes mit einer oder mehreren Schneidkanten versehen, mit Hilfe derer Kapseln aufgebrochen werden können, in denen sich die Komponenten des Füll- und Bindematerials befinden. Das Keilelement kann symmetrisch oder exzentrisch bezüglich der Längsachse des Ankers angeordnet sein. Wenn der Anker in einem Bohrloch in weichem Material zum Einsatz kommt, hat ein exzentrisch angeordnetes Keilelement den Vorteil, daß es eine Nut bzw. Rille in die Bohrlochwand kratzen kann, in die das Füll- und Bindematerial eintritt und in der das Material formschlüssig sitzt. Der Anker kann aus einem beliebigen Baumaterial hergestellt werden, das fest genug ist, um das Füll- und Bindematerial zu verstärken, und das so flexibel ist, daß ein Ende aufgeweitet und mittels eines Keilelementes in der aufgeweiteten Lage gehalten werden kann. Geeignet sind somit Metalle wie Eisen, Kupfer und Aluminium und Legierungen wie Stahl,The wedge element preferably protrudes beyond the lateral surface of the anchor, so that at least one protruding Section of the wedge element assists the mixing of the filling and binding material mixture when the anchor device is rotated in the borehole. The at least one laterally protruding section is preferably of the wedge element provided with one or more cutting edges, with the help of which capsules can be broken, in which there are the components of the filling and binding material are located. The wedge element can be symmetrical or eccentric with respect to be arranged the longitudinal axis of the anchor. If the anchor is used in a drill hole in soft material, An eccentrically arranged wedge element has the advantage that it scratches a groove or groove in the borehole wall can, in which the filling and binding material enters and in which the material sits positively. The anchor can go out be made of any building material that is strong enough to reinforce the filler and binding material, and which is so flexible that one end is expanded and held in the expanded position by means of a wedge element can be. Metals such as iron, copper and aluminum and alloys such as steel,
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Messing und Aluminiumlegierungen. Ferner sind auch Holz und harte Kunststoffmaterialien geeignet. Ein besonders brauchbarer Anker kann aus kunstharzgebundenen Glasfasern hergestellt werden, wobei die Glasfasern vorzugsweise als Fäden parallel zur Längsachse des Ankers verlaufen, so daß das Spalten des Ankerendes in einer axialen Ebene einfacher erfolgen kann.Brass and aluminum alloys. Wood and hard plastic materials are also suitable. A special one useful anchor can be made from synthetic resin-bonded glass fibers, the glass fibers preferably as Threads run parallel to the longitudinal axis of the anchor, so that the splitting of the anchor end in an axial plane is easier can be done.
Wenn die vorstehend beschriebene Belastungsabbaueigenschaft gewünscht wird, weist der Anker vorzugsweise eine im wesentlichen glatte zylindrische Oberfläche auf. Andernfalls kann die zylindrische Oberfläche uneben sein und beispielsweise Vorsprünge, Rillen, Nuten oder Gewinde aufweisen, durch die die Oberfläche des Ankers vergrößert wird und die Bindung mit dem Füll- und Bindematerial verbessert wird.If the above-described stress relief property is desired, the anchor preferably has one essentially smooth cylindrical surface. Otherwise the cylindrical surface may be uneven and have, for example, projections, grooves, grooves or threads, by means of which the surface area of the anchor is increased and the bond with the filling and binding material is improved.
Wie bereits erwähnt wurde, bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Verstärken harten Materials wie beispielsweise Schichtgestein und auf ein Verfahren zur Ausbildung einer Verankerung in hartem Material. Gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Ankervorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, deren Einführende mittels eines im Einführende sitzenden Keilelementes verdickt und aufgeweitet ist, in ein Bohrloch mit Übermaß im Material so eingeführt, daß sich das Einführende nahe dem geschlossenen Ende des Bohrlochs befindet, und wird ein härtbares Füll- und Bindematerial in den Raum zwischen dem Anker und der Bohrlochwand eingebracht, so daß beim Aushärten des Füll- und Bindematerials der Anker mit der Wand des Bohrlochs verbunden wird. Das Füll- und Bindematerial kann beispielsweise Portlandzement, Kalzium-As already mentioned, the invention also relates to a method of reinforcing hard material such as Stratified rock and a method for forming an anchorage in hard material. According to the The method according to the invention is an anchor device of the type described above, the insertion end by means of a wedge element seated in the introducer is thickened and widened into an oversized borehole introduced in the material so that the introducer is near the closed end of the borehole, and is a hardenable filling and binding material introduced into the space between the anchor and the borehole wall, so that When the filling and binding material hardens, the anchor is connected to the wall of the borehole. The filling and binding material can, for example, portland cement, calcium
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sulphat-Hemihydrat-Masse oder ein hitzehärtbarer Kunststoff sein. Schnellhärtende, eingekapselte Zweikomponentenkunststoff massen sind besonders geeignet, da deren Komponenten mittels eines Keilelementes, das über die seitlichen Oberflächen des Ankers hinausragt, verteilt und gemischt werden können.sulphate hemihydrate mass or a thermosetting plastic be. Fast-curing, encapsulated two-component plastic masses are particularly suitable because their components by means of a wedge element that protrudes beyond the side surfaces of the anchor, distributed and mixed can be.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention is based on a preferred one Embodiment explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 schematisch im Längsschnitt eine Ankervorrichtung kurz vor dem Einführen in ein Bohrloch in einer Gesteinsmasse;Figure 1 schematically in longitudinal section an anchor device shortly before introduction into a borehole in a rock mass;
Figur 2 schematisch einen Längsschnitt durch die Ankervorrichtung gemäß Figur 1 nach dem Einführen in das Bohrloch, wobei die Schnittebene senkrecht zur Schnittebene der Figur 1 liegt.Figure 2 schematically shows a longitudinal section through the anchor device according to Figure 1 after Insertion into the borehole, the cutting plane being perpendicular to the cutting plane of the figure 1 lies.
Die in Figur 1 dargestellte Ankervorrichtung umfaßt einen im wesentlich zylindrischen Anker 10, der an seinem Einführende entlang einer durch seine Mitte verlaufenden Ebene aufgeschlitzt ist, so daß sich am Einführende ein geschlitzter bzw. gespaltener Abschnitt 11 mit zwei Endsegmenten 12 und 13 befindet. Die Endsegmente 12 und 13 werden von einem Keilelement 14 getrennt gehalten, das die Endsegmente nach außen biegt, so daß der Abschnitt 11 im Vergleich zur echt zylindrischen Oberfläche des übrigen Ankers 10 verdickt bzw. erweitert ist.The anchor device shown in Figure 1 comprises a substantially cylindrical armature 10, which at his Introducer is slit along a plane running through its center, so that a slotted or split section 11 with two end segments 12 and 13 is located. The end segments 12 and 13 are kept separated by a wedge element 14, the the end segments bend outwards, so that the section 11 compared to the true cylindrical surface of the remaining anchor 10 is thickened or expanded.
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Bei dem Keilelement 14 handelt es sich um eine steife, flache, rechtwinkelige Platte mit im wesentlichen zueinander parallelen Hauptflächen 15 und 16, die quer.zum Anker verlaufen und in eine Schneide 17 übergehen. Ferner weist das Keilelement Endflächen 18 und 19 auf, die an scharfen, rechtwinkeligen Schneidkanten mit den Hauptflächen 15 und 16 zusammenstoßen.. Das Keilelement 14 steht an Angriffsstellen 20 und 21 mit dem Endsegment 12 und dem Endsegment 13 in Berührung, und die zwischen diesen Angriffsstellen und den freien Segmentenden liegenden. Segmentabschnitte können frei nach innen gebogen werden.The wedge element 14 is a rigid, flat, rectangular plate substantially with respect to one another parallel main surfaces 15 and 16, which transverse to the anchor run and merge into a cutting edge 17. Furthermore, the wedge element has end faces 18 and 19, which sharp, right-angled cutting edges with the major surfaces 15 and 16 collide. The wedge element 14 is stationary at points of attack 20 and 21 with the end segment 12 and the end segment 13 in contact, and between these Attack points and the free segment ends lying. Segment sections can be bent inwards freely.
Zum Einbetten der Ankervorrichtung werden Kapseln mit Zweikomponentenharz in eine Bohrung 22 eingeführt, die in eine Gesteinsmasse 23 gebohrt ist und bezüglich der Ankervorrichtung Übermaß hat. Jede Kapsel besteht aus einem äußeren Behälter 24, in dem sich härtbares Harz 25 befindet, und einem inneren Behälter 26, der vollständig innerhalb des Behälters 24 angeordnet ist und Härter 27 in Form eines Aushärtkatalysators für das Harz 25-enthält. Beide Behälter bestehen aus dünnem, leicht zerreißbarem thermoplastischen Material.To embed the anchor device, capsules with two-component resin are inserted into a bore 22, the is drilled into a rock mass 23 and is oversized with respect to the anchor device. Each capsule consists of an outer container 24 in which the curable resin 25 is located, and an inner container 26 which is completely is arranged inside the container 24 and contains hardener 27 in the form of a curing catalyst for the resin 25. Both containers are made of thin, easily tearable thermoplastic material.
Danach wird die Ankervorrichtung in das Bohrloch 22 eingeführt und gleichzeitig gedreht, wobei die Kapseln in Berührung mit den Endsegmenten 12 und 13 des Ankers und den rechtwinkeligen Schneidkanten des Keilelementes 14 treten. Dadurch werden, die thermoplastischen. Behälter aufgebrochen, so daß sich deren Inhalt mischt und in den Raum zwischen dem Anker 10 und der Wand des Bohrlochs 22 fließt, wo das Harz danach aushärtet.The anchor device is then inserted into the borehole 22 and rotated at the same time, the capsules in contact with the end segments 12 and 13 of the armature and the right-angled cutting edges of the wedge element 14 occur. This will make the thermoplastic. container broken so that their contents mix and into the space between the anchor 10 and the wall of the borehole 22 flows where the resin then hardens.
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Wenn auf den Anker eine Zugbeanspruchung ausgeübt wird, wird das Harz zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt 11 und der Bohrlochwand zusammengedrückt, wobei seine Haltekraft vergrößert wird. Wenn die Beanspruchung bzw. Last einen kritischen Wert übersteigt, erfolgt eine teilweise und plötzliche Verringerung des Widerstandes des Ankers, und zwar wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, daß sich die Enden der Endsegmente 12 und 13 nach innen biegen. Danach kann die Last dann wieder auf den kritischen Wert erhöht werden.When a tensile stress is applied to the anchor, the resin between the expanded portion 11 and the borehole wall compressed, whereby its holding force is increased. If the stress or load has a exceeds the critical value, there is a partial and sudden reduction in the resistance of the armature, and probably due to the fact that the ends of the end segments 12 and 13 bend inward. Thereafter the load can then be increased again to the critical value.
Im Folgenden wird ein Beispiel für eine ausgeführte Ankervorrichtung erläutert. Der Anker war eine Stange aus axial orientierten Glasfaserfäden, die mit hitzehärtbarem Harz bzw. Kunststoff verbunden waren. Der Stab hatte eine Länge von 80 cm und einen Durchmesser von 17 mm. Das Keilelement war als im wesentlichen rechtwinkelige Glasfaserplatte mit den Abmessungen 32 mm χ 15 mm χ 4 mm ausgebildet und war quer in das gespaltene Einführende des Ankers so eingesetzt, daß sich die Schneide 17 in einer Entfernung von 3,3 cm vom Ankerende befand, wobei die Endsegmente des Ankers bis zu einer Gesamtbreite von 32 mm aufgespreizt waren. Der Anker wurde in einem in eine Gesteinsmasse gebohrten Bohrloch mit einer Länge von 30 cm und einem Durchmesser von 34 mm mit Hilfe eines Füll- und Bindematerials aus Polyesterharz, das sich zunächst in einer Kapsel befand, eingebettet, wonach auf den Anker Zug in Axialrichtung ausgeübt wurde. Die Last am Anker wurde allmählich auf bis zu 7 Tonnen erhöht. Bei diesem kritischen Wert der Last gaben die abgespreizten Endsegmente des Ankers nach, so daß der Widerstand auf ungefähr 2 Tonnen sank. Danach stieg die Last am Anker wieder aufThe following is an example of an implemented anchor device explained. The anchor was a rod made of axially oriented fiberglass threads covered with thermosetting resin or plastic were connected. The rod had a length of 80 cm and a diameter of 17 mm. The wedge element was designed as an essentially rectangular fiberglass plate with the dimensions 32 mm × 15 mm × 4 mm and was inserted transversely into the split lead-in end of the anchor so that the blade 17 was 3.3 cm from the anchor end, with the end segments of the anchor were spread to a total width of 32 mm. The anchor was in one in a rock mass drilled borehole with a length of 30 cm and a diameter of 34 mm with the help of a filling and Binding material made of polyester resin, which was initially in a capsule, embedded, after which on the anchor Tensile was exerted in the axial direction. The load on the anchor was gradually increased up to 7 tons. At this critical value of the load, the splayed end segments gave of the anchor so that the resistance sank to about 2 tons. Then the load rose again on the anchor
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die kritische Last von ungefähr 7 Tonnen an, wonach der Widerstand erneut sank. Der Zyklus aus Lastzunahme und Widerstandsabnahme wurde wiederholt und lief im wesentlichen auf gleiche Weise ab, während der Anker um 10 cm aus dem Bohrloch gezogen wurde.the critical load of about 7 tons, after which the resistance sank again. The cycle of load increase and drag decrease was repeated and essentially ran in the same way while pulling the anchor 10 cm out of the borehole.
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